1.1 建设目标

（1）建立基于数字化技术供水项目标准体系。

（2）研发运维阶段智慧水务系统平台以及能接收设计、施工阶段参数的平台插件。

（3）搭建智慧水务平台。

1.2 主要建设内容

（1）建立满足智慧水务项目的全过程三维构件库。

（2）建立基于数字化技术供水项目标准规范体系，其中包含模型创建标准，模型交付标准，模型编码标准，应用于项目智慧水务平台应用标准。

（3）全产业链数字孪生智慧管理平台建设。

2.1 系统总体架构

（1）以数字化技术为基础，以项目全生命周期为方向，建立智慧水务数字化标准体系。根据以往项目经验实际应用情况，以项目数据在全生命周期贯通为出发点，形成新一代智慧水务数字化标准体系，为平台建立打下夯实的数据基础。

（2）根据标准体系，建立适用于项目全生命周期三维构件库及平台基础搭建。根据新一代标准体系，建立适用于项目全生命周期三维构件库，并搭建基础数字化平台，完成快速导入插件，用于接收设计、施工阶段传递数字化模型，验证数据传递情况。

（3）将数字化技术与传统水务系统相结合，搭建平台总体架构，形成智能化、数字化的智慧水务数字孪生平台。

2.2 完成成果

（1）智慧水务项目的全过程三维构件库。智慧水务项目的全过程三维构件库，包含项目从原水、原水管线、水厂、输水泵站及管线、管网、二次供水泵站管网至小区居民入户所需三维构件，该构件需包含设计、施工、运维三阶段所需参数。

（2）数字化技术供水项目标准规范体系。含模型创建标准，模型交付标准，模型编码标准，应用于项目智慧水务平台应用标准。

（3）全产业链数字孪生智慧管理平台。智慧水务平台主要以传统水务平台为根本，结合数字化、物联网等先进技术手段，从而形成“八大平台体系”，实现真正意义智慧水务上的数字孪生。

3.1 项目概况

武汉武泰闸地下污水处理厂的工程内容包括：地下污水处理厂与调蓄池合建，结构形式为地下结构。其中污水处理厂具体内容包括预处理系统1组、MBR膜生物池2组、MBR膜池及设备间2组、除臭系统5套、污泥浓缩脱水车间1组、消毒及出水泵房2组、鼓风机房及配电间1组、进出箱体车道等；调蓄池主要调节武泰闸片合流制溢流污水，分两格布置，含粗格栅及进水泵房、除臭系统等。

武汉武泰闸污水处理厂的旱季处理规模15万m³/d，雨季处理规模20万m³/d。另包括2座8万m³的系统调蓄池。本项目为全地下箱体结构,共两层，分为上部箱体操作层、下部箱体构筑物层，地表为水环境公园。污水处理厂采用“MBR+AAO处理”工艺，出水水质执行GB 18918-2002一级A标准。该项目存在以下重难点：

（1）管线系统复杂。本污水处理厂为地下结构，确保地下人员安全为本项目首要问题，为了将密闭空间中有毒气体浓度控制在安全范围内，对通风系统及除臭系统的设计进行了精细化处理，从而导致了地下管线错综复杂，极其容易发生碰撞。因此本项目需要进行管线的二次深化设计，让设备的安装维护达到净空高度要求。并且基坑开挖深度、施工难度以及投资成本也是需要考虑的因素，因此需要尽可能将管线层高度减少，从而降低结构层高度。

（2）深基坑工程难度大。本污水处理厂主体工艺段结构形式为集成化箱结构，箱体长宽为212m×104m，包含上下两层，下层为本项目主池体，上层为实际操作层。本项目区域的底部标高为-5.8m和-4.5m，池顶标高23.5m，基坑深度为30~34.8m，箱体顶以上有1m厚覆土，具有深度深、面积大的特点，施工难度非常高。

（3）项目体量大，设备繁多。本项目大型工艺设备数量大于600台(套)，设备数量远超于传统污水处理厂，因此本项目对设备的采购、进场管理、安装维护都有严格的要求，需要大量人力物力完成这些要求，因此需要采用数字化管理系统来进行数据的管理。

（4）安全管理要求高。本项目在顶板和中板施工时候预先预留了50多个设备吊装孔洞，由于机电设备安装的时间较为集中，各家单位都想优先施工，因此需要协调洞口使用时间问题。虽然在项目前期已经制订了《狭小空间作业安全管理办法》，但实际施工过程中想要落实此办法，需要现场流程已经手续管理。由于洞孔众多，监理人员对此进行管理存在极大的困难。

（5）通水调试难度大。由于此污水处理厂的工艺为非常规工艺，因此调试人员需要理解和掌握设计人员的设计思路，因此调试人员需要进行专业的培训。并且项目急需落地使用，因此调试周期时间短，这些问题对通水调试都存在极大的难度。

3.2 数字化技术应用路线

本项目策划数字化技术应用路线包括设计、施工、运维三个部分。

设计阶段数字化技术路线为，建立三维资料底图、在协同平台上建立项目空间、采用数字化协同设计、三维碰撞检查、二三维联动交付、模型轻量化处理。

施工阶段数字化流程为，采用数字化手段完成生产、质量、安全、资源四大管理模块，主要内容包括，采用数字化平台完成施工进度管理、将施工过程中质量数据进行储存，采用VR、AR技术完成安全生产管理。采用数字化平台完成可视化资金流向。

运维阶段数字化技术路线为采用数据化平台完成整个项目智能检测，采用智能加药系统完成智能加药，将模型与平台相挂接，完成移动端智能巡检、设备异常报警、数字化存档等。

3.3 数字化应用

3.3.1 设计阶段

（1）族库建设。族需满足参数化要求，以便于重复利用；族需包含施工及运维相应参数，以满足后续使用需求；族需根据项目需求进行精度分类，如设计阶段族库，施工阶段族库以及运维阶段族库。

（2）协同设计。本项目采用红瓦协同管理平台，项目负责人通过设计协同管理平台创建任务计划，设立里程碑事件，根据项目角色分配工作内容，提高了管理效率，各专业人员利用平台进行协同设计，在线提资、校核、审核，提高了设计质量，实现了异地办公。

（3）工程量统计。根据本项目要求，制定满足工程量统计的明细表类别，利用关键字分别统计混凝土体积、柱和梁数量、设备种类及数量、管道规格及数量、管件及管道附件规格等项目涉及的关键指标。完成设计后直接自动出量，为后续进行造价算量提供数据支撑。

（4）数字模型展示。将各专业模型整合，形成全专业完整的数字化模型，进行数字化展示。

（5）碰撞检查。模型完成后进行单体及厂区碰撞检查，检查出220处碰撞，并生成碰撞报告，根据碰撞，优化了管线排布方案。

3.3.2 施工阶段

施工阶段，接收设计阶段BIM模型，依托模型完成施工阶段数字化应用包括工程桩编码、虚拟建造、施工场地布置、智慧工地等应用，并将模型载入平台中施工模块，完成施工过程管理，从而节约施工成本以及施工工期。

（1）工程桩编码。在池体底板施工阶段，为了保证1 444根工程桩精准定位和方便施工交底，需要对工程桩进行编号。

为了提高效率，通过Dynamo编程，实现了1 444根桩自动编码，并自动录入桩长、相对坐标等信息，缩短了施工校对时间。

（2）施工工艺模拟。结合基坑施工工法模拟，辅助施工交底，大大降低了沟通成本，方面了施工人员对施工过程的理解。同时，我们利用BIM模型对水厂施工和设备安装以及管道路由施工进行全方位的模拟，为施工组织设计提供参考依据。

（3）场地布置。鉴于项目所在地位于城市核心区域，有效利用对施工便道、工作区和施工区、物料堆放区进行合理布置是十分必要的，本项目利用BIM软件对厂区布置进行合理优化，做到满足施工要求的同时，合理利用占地空间。

（4）智慧工地。本项目采用智慧工地平台基于中交BIM平台自主研发，主要功能系统包括劳务实名制、环境监测、视频监控、机械设备管理、塔吊安全监控等。

（5）物料管理。本项目对进场设备及管道，采用广联达BIM 5D平台中二维码，将实际设计与模型相关联，方便施工方各工人通过扫描二维码的形式对设备归处，从而实现物料追踪的功能。

（6）安全管理。通过平台掌控，对本项目发生安全问题及类别可以清楚显示，本项目共发生77个风险，其中包含20个重大风险，32个较大风险，为领导对项目安全管理中出现问题和不足提供有效的数据支撑及分析。

3.3.3 运维阶段

运维阶段，将竣工模型导入平台中运维管理模块中，将运维参数输入到模型里完成运维操作，主要功能包括实时的运行数据监测、精准报警和应急处理、能耗分析与管理、值班管理、系统化安全、辅助成本控制、水质管理、可视化展示、掌上水厂管理等功能模块。

在设计和施工模型完成后，我们通过自主研发的插件将模型导入智慧水务平台，根据本项目特点建设本项目平台内容，本项目主要包括数据监测、信息化系统、应急状况处理、成本控制、安全管理、可视化展示、设备管理、值班管理、水质管理、掌上水厂管理。

（1）数据监测。污水处理厂运行数据实时监控是将污水处理厂运行过程中的各项水质指标和工艺参数进行实时监测，并将监测结果反馈到污水处理厂的工艺仿真模型里，及时全面掌握水厂总体工艺运行，实时掌握水厂工艺运行状况。

（2）自控系统和信息化系统。将污水处理厂的各个自控设备的真实数据进行采集，并通过仿真软件进行建模，将设备的基本情况和运行状态实时反馈在污水处理厂的仿真模型里面。

（3）能耗分析与管理。辅助成本控制——水泵模型对应的效率区间，水泵模型对应的效率区间分析是将污水处理厂各台水泵的运行参数进行监控，并导入相关设备模型进行分析，找出水泵最高效的运行区间，并做相应调整。

（4）能耗分析与管理。辅助成本控制——能耗分析与管理（见图1）。

图1 能耗分析与管理

能耗分析与管理主要是通过统计污水处理厂日常运行的各项能耗，分析出污水处理厂的各模块的能耗状态，并进行相应的能耗管理,为污水处理厂节能降耗提供支撑（见图1）。

（5）系统化安全管理。将污水处理厂日常运行的关键部位（设备间、水泵房、污泥脱水间、鼓风机房等）进行监控，并将监控画面实时传输至平台。

（6）仿真模型。将污水处理厂的主要构筑物、各工艺管线、主要工艺设备、各项水质监测指标和工艺参数等都反馈在基于BIM和数字孪生技术搭建的全厂仿真模型里，进行综合展示（见图2）。

图2 效果展示

（7）可视化展示。将污水处理厂厂区的运行质保、设备状态、水质情况、工单记录、报警记录、视频监控、成本分析等整体情况都展示出来。

（8）设备全生命管理。将设施基本信息、状态信息、维护情况等综合统计分析。

（9）经济效益。通过采用智慧水务平台，本项目整体运行水电消耗量比同级别水厂降低13.8%、14.6%；碳源投加量降低11.8%、11.5%；除磷剂投加量降低11.6%、11.21%。

4.1 总结

武泰闸污水处理厂应用数字化技术，设计阶段通过设计协同，极大提高设计质量及管理效率，并且进行碰撞检查，避免施工期间碰撞产生返工。施工阶段通过施工模拟、场地布置、智慧工地等应用，改变了原有建筑业粗放式建造、粗放式管理的方式，实现了精细化建造、智能化管理，节约工期，节约成本。运维阶段通过智慧化运维平台，在电脑端，通过驾驶舱可以实现对厂区的智能调节、智慧管控。

本项目亮点是以数字化技术为核心，依托平台对项目全生命周期进行数字化、智能化管理。模型数据从项目设计到运维阶段实现一模到底，实现了数据的完整传递，充分发掘数据价值。

4.2  展望

（1）完成全面感知。运用感知层技术，全面感知水务行业全产业链信息，将智慧系统安装于城市水厂、泵站、管网中，通过传感器与智慧设备相互连接，从而实现了通过互联网实时查看水务运行情况，并进行测量分析等，实现全面感知。

（2）完成数据互联互通。利用互联网大数据等技术的优势，将以往企业的数据壁垒相打通，实现信息的互通互联，从而提高了企业的管理效率，提升了市民接收信息的准确性与时效性。最终实现水务管理的智能化。

（3）完成深入的智能决策。智能决策是运用数据整合、知识梳理、深度学习、人机交互等人工智能技术，为企业的管理提供理论与现实依据，从而可以使企业更加科学性、有创造性。

微信对原文有修改。原文标题：数字化技术在水务项目全产业链中的应用研究；作者：王浩铭；作者单位：中国市政工程东北设计研究总院有限公司。刊登在《给水排水》2023年第8期。